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La nuova fotocamera può vedere dietro gli angoli
Negli ultimi anni, le fotocamere a pixel singolo hanno iniziato a rivoluzionare il campo dell'imaging. Questi dispositivi controintuitivi producono immagini ad alta risoluzione utilizzando un singolo pixel per rilevare la luce. Non hanno bisogno di obiettivi, le immagini non hanno le distorsioni prodotte dagli obiettivi e l'intera immagine è sempre a fuoco. I fisici li hanno usati per realizzare filmati e persino per creare immagini 3D.
E questo solleva una domanda interessante: quanto altro possono fare questi dispositivi?
Oggi riceviamo una sorta di risposta grazie al lavoro di Bin Bai e colleghi dell'Università di Xi'an Jiaotong in Cina, che hanno costruito una fotocamera a pixel singolo in grado di vedere dietro gli angoli. Il loro nuovo dispositivo può fotografare oggetti anche quando non sono in vista diretta.
La tecnica è simile a quella utilizzata con altre fotocamere a pixel singolo. Il trucco è prima di tutto randomizzare la luce rilevata dal pixel, registrare l'intensità della luce risultante e quindi ripetere questo processo migliaia di volte.
È facile pensare che questa randomizzazione renda ancora più difficile il compito di creare un'immagine, ma è vero il contrario.
Il processo di randomizzazione cambia l'intensità della luce ogni volta che il pixel la registra. Queste differenze di intensità non sono casuali ma correlate alla scena davanti al pixel. Quindi produrre un'immagine è semplicemente una questione di estrarre questi dati per trovare la correlazione. E più dati vengono raccolti, migliore diventa l'immagine.
Quindi, registrando più volte l'intensità della luce, è possibile creare un'immagine ad alta risoluzione con un solo pixel.
Ed è così che Bin e compagni hanno usato la loro fotocamera per scrutare dietro gli angoli. Ciò che intendono con questo è che hanno prodotto un'immagine utilizzando la luce di un oggetto che è sparso su un muro. Il pixel registra la luce diffusa ma non può vedere direttamente l'oggetto.
La configurazione è semplice. Il team inizia illuminando un aeroplano giocattolo con la luce di un proiettore che proietta uno schema casuale di quadrati illuminati. Questo schema casuale cambia ad ogni esposizione.
L'aereo si trova vicino a una parete bianca diffusa che disperde la luce verso un singolo pixel che altrimenti non può vedere l'aereo. Questo pixel registra l'intensità della luce dal muro. Il team ripete questo processo di imaging circa 50.000 volte. Infine, il team utilizza un algoritmo di data mining per elaborare il set di dati risultante e creare l'immagine dell'aereo mostrato qui.
I risultati sono impressionanti. Tutti i risultati mostrano che la fotocamera a pixel singolo può visualizzare l'oggetto diffuso quando la fotocamera non può guardare l'oggetto direttamente, ad esempio Bin e co.
L'aereo è chiaramente visibile nell'immagine e il team afferma che sono possibili ulteriori miglioramenti, ad esempio, ottimizzando l'algoritmo e riducendo le dimensioni dei quadrati nello schema casuale della luce proiettata. Quando la dimensione dei motivi macchioline diventa più piccola, la risoluzione dell'immagine aumenta, ad esempio Bin e co.
Una domanda interessante è la velocità con cui è possibile acquisire 50.000 immagini, poiché ciò pone un limite importante al modo in cui la fotocamera può visualizzare oggetti in movimento.
Il team cinese non suggerisce potenziali applicazioni per il dispositivo, ma non è difficile pensare a come potrebbe essere utilizzato. Le fotocamere a pixel singolo sono minuscole, semplici da realizzare ed economiche da costruire.
In un modo o nell'altro, le fotocamere a pixel singolo avranno un impatto significativo in un futuro non troppo lontano.
Rif: arxiv.org/abs/1612.07120 : Imaging dietro gli angoli con rilevatore a pixel singolo di Computational Ghost Imaging